CN112698381A - 自给能中子探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自给能中子探测器，包括：探头、连接套筒和传输线缆，连接套筒连接探头和传输线缆为密闭整体结构，且探头与传输线缆相连接，探头用于测量目标反应堆中中子通量信息，传输线缆用于将中子通量信息传输至电子学系统，以使电子学系统根据中子通量信息确定中子通量的大小，采用本申请的技术方案，不仅使用寿命长，且结构简单的方式，较小的尺寸可以实现灵活的对中子通量的测量，同时可以抵抗反应堆内的高压，更便于使用和生产制造。
Description
技术领域
本发明属于中子探测器技术领域，具体涉及一种自给能中子探测器。
背景技术
在核反应堆中，中子通量的大小与反应堆堆芯功率水平和有效增殖因子Keff有着重要的关系，中子通量的大小能够一定程度上表征反应堆运行的功率密度，中子通量的变化能够表征反应堆有效增殖因子Keff的变化，进一步反映反应堆的安全运行情况，对反应堆中中子通量大小进行实时监测已经成为控制反应堆安全运行的一项必要手段。监测核反应堆中各位置中子通量的大小日前多采用裂变室，电离室，热电偶探测器等方法。
但是，裂变室由于量程窄，自身的结构损伤会限制使用寿命；电离室的结构尺寸对于堆芯内部中子通量测量存在诸多不便，并且灵敏度下降较快；热电偶探测器存在响应时间过长，受环境温度影响较大。并且现有的自给能探测器在加工方面对工装工艺较为严苛，加工过程较复杂，难度大。
因此，如何设计一种结构简单、测量准确、应用范围广的中子探测器成为了本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
为了至少解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种自给能中子探测器，以通过简单的设计实现对中子通量的测量，便于操作和生产制造。
本发明提供的技术方案如下：
一种自给能中子探测器，包括：探头、连接套筒和传输线缆；
所述连接套筒连接所述探头和所述传输线缆为密闭整体结构，且所述探头与所述传输线缆相连接；
所述探头用于测量目标反应堆中中子通量信息，所述传输线缆用于将所述中子通量信息传输至电子学系统，以使所述电子学系统根据所述中子通量信息确定中子通量的大小。
可选的，上述所述探头包括收集体、绝缘体和发射体；
所述发射体嵌套于所述收集体内部，且所述发射体与所述传输线缆相连；
所述绝缘体填充于所述收集体和所述发射体之间，以使所述收集体和所述发射体之间无接触；
所述发射体吸收中子，所述中子激发所述发射体衰变产生β粒子，所述β粒子穿过所述绝缘体被所述收集体收集，所述发射体与所述收集体之间形成电势差，所述收集体与所述发射体构成回路，所述传输线缆将所述回路的电流信号传输至电子学系统，以使所述电子学系统根据所述中子通量信息确定中子通量的大小。
可选的，上述所述探头还包括壳体；
所述壳体的结构与所述收集体的结构相匹配；
所述壳体用于封闭所述收集体远离所述传输线缆一端的端口，且在所述壳体与所述发射体之间填充氧化铝粉末或氧化镁粉末。
可选的，上述所述绝缘体为氧化铝陶瓷管或氧化镁陶瓷管。
可选的，上述所述传输线缆包括线缆外壳、绝缘层和绞绕双芯丝线；
所述线缆外壳与所述连接套筒机械连接，所述连接套筒以热配合方式连接所述收集体和所述线缆外壳，以构成密闭整体结构；
所述双芯丝线设置于所述线缆外壳内部，且双芯丝线与所述发射体相连；
所述双芯丝线与所述线缆外壳之间为所述绝缘层，所述绝缘层填充氧化铝粉末或氧化镁粉末。
可选的，上述所述双芯丝线包括信号芯线和补偿芯线；
所述信号芯线与所述发射体相连，所述补偿芯线悬空，所述补偿芯线与所述信号芯线绞绕设置，且所述信号芯线与所述补偿芯线之间相互绝缘。
可选的，上述所述连接套筒的一端与所述收集体的外径相同，所述连接套筒的另一端做变径收缩后与所述线缆外壳的外径相同。
可选的，上述所述连接套筒与所述收集体的连接、所述线缆外壳的连接均采用激光焊接。
可选的，上述所述连接套筒内部为中空结构，所述中空结构内填充氧化铝粉末或氧化镁粉末。
可选的，上述所述收集体、所述外壳和所述线缆外壳均为Incone600材料。
本发明的有益效果为：
本发明提供的一种自给能中子探测器，包括：探头、连接套筒和传输线缆，连接套筒连接探头和传输线缆为密闭整体结构，且探头与传输线缆相连接，探头用于测量目标反应堆中中子通量信息，传输线缆用于将中子通量信息传输至电子学系统，以使电子学系统根据中子通量信息确定中子通量的大小，采用本申请的技术方案，不仅使用寿命长，且结构简单的方式，较小的尺寸可以实现灵活的对中子通量的测量，同时可以抵抗反应堆内的高压，更便于使用和生产制造。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的自给能中子探测器的一种工作原理图；
图2是本发明实施例提供的自给能中子探测器的一种结构示意图。
附图标记：
1、收集体；2、绝缘体；3、发射体；4、传输线缆；5、电流表；6、探头；7、连接套筒；8、双芯丝线；9、壳体；10、信号芯线；11、补偿芯线；12、线缆外壳；13、绝缘层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
图1是本发明实施例提供的自给能中子探测器的一种工作原理图，图2是本发明实施例提供的自给能中子探测器的一种结构示意图。
如图1和图2所示，本实施例提供的一种自给能中子探测器，包括：探头6、连接套筒7和传输线缆4，其中，连接套筒7连接探头6和传输线缆4为密闭整体结构，且探头6与传输线缆4相连接，探头6用于测量目标反应堆中中子通量信息，传输线缆4用于将中子通量信息传输至电子学系统，以使电子学系统根据中子通量信息确定中子通量的大小，传输线缆4可以是同轴双芯Incone600电缆。
具体的，探头6包括收集体1、绝缘体2和发射体3，发射体3嵌套于收集体1内部，且发射体3与传输线缆4相连，绝缘体2填充于收集体1和发射体3之间，以使收集体1和发射体3之间无接触，发射体3吸收中子，中子激发发射体3衰变产生β粒子，β粒子穿过绝缘体2被收集体1收集，发射体3与收集体1之间形成电势差，收集体1与发射体3构成回路，传输线缆4将回路的电流信号传输至电子学系统，以使电子学系统根据中子通量信息确定中子通量的大小。发射体3采用中子吸收截面大，吸收中子后易发生β衰变，半衰期较短的核素材料。绝缘体2采用氧化铝陶瓷管或氧化镁陶瓷管以保证发射体3和收集体1之间的高电阻值，收集体1采用抗辐照中子吸收截面小的Incone600材料。发射体3可以采用吸收截面大的圆柱体(V，Rh，Co等)，通过热配合嵌套于绝缘体2内，收集体1的长度比绝缘体2和发射体3的长度都长。探头6还包括壳体9，壳体9的结构与收集体1的结构相匹配，例如，收集体1为圆柱体结构，则壳体9便为半球形结构，壳体9用于封闭收集体1远离传输线缆4一端的端口，且在壳体9与发射体3之间填充氧化铝粉末或氧化镁粉末，壳体9与收集体1的连接采用激光焊接的方式，以保证整个探头6部分为密闭状态，内部结构紧实，保证不会出现渗水问题，内部绝缘体2的高电阻阻值也不会下降，同时可抵抗堆芯的高压环境，壳体9也可以采用Incone600材料。
而在自给能中子探测器的工作原理为：将自给能中子探测器装配于高中子通量的反应堆中，反应堆的中子辐照探头6，由于收集体1和绝缘体2对中子截面较小，中子便可以到达发射体3与发射体3发生吸收反应，发射体3被中子激发衰变产生β粒子，发射体3产生的大量β粒子流向外部发射，β粒子穿过绝缘体2到达收集体1，被收集体1收集，收集体1收集到β粒子整体呈现负电性，发射体3发射β粒子呈现正电性，收集体1与发射体3之间形成电势差，在外回路形成电流信号，经传输线缆4传输至电子学系统，以使电子学系统根据电流信号确定中子通量的大小，还可以在传输线缆4与收集体1之间连接电流变，直接通过电流变读取电流的大小，需指出的是，电流表5并不是自给能中子探测器的器件，只是为了说明自给能中子探测器的详细工作原理及流程。
具体的，传输线缆4包括线缆外壳12、绝缘层13和绞绕双芯丝线8，线缆外壳12与连接套筒7机械连接，连接套筒7以热配合方式连接收集体1和线缆外壳12，以构成密闭整体结构，双芯丝线8设置于线缆外壳12内部，且双芯丝线8与发射体3相连，双芯丝线8与线缆外壳12之间为绝缘层13，绝缘层13填充氧化铝粉末或氧化镁粉末。其中，双芯丝线8包括信号芯线10和补偿芯线11；信号芯线10与发射体3相连，补偿芯线11悬空，补偿芯线11与信号芯线10绞绕设置，且信号芯线10与补偿芯线11之间相互绝缘。线缆外壳12、信号芯线10和补偿芯线11均可以采用Incone600材料，由氧化铝粉末或氧化镁粉末构成的绝缘层13保证线缆外壳12和信号芯线10之间的高电阻，减小漏电流的产生，信号芯线10和补偿芯线11采用绞绕的方式可最大限度的保证同时具有相同的本底电流，而且信号芯线10和补偿芯线11相互绝缘可以保证其信号不相互干扰。而且Incone600材料还可以使得信号芯线10和补偿芯线11能够抵抗堆芯的高压环境，使得信号芯线10和补偿芯线11所处的物理环境相同，产生相同的本底电流有利于后续差分消除本底电流的影响。
具体的，连接套筒7的目的便是将收集体1与线缆外壳12进行成功的连接，连接套筒7的一端与收集体1的外径相同，连接套筒7的另一端做变径收缩后与线缆外壳12的外径相同，采用热配合使连接套筒7与收集体1和线缆外壳12紧密连接，接缝采用激光进行焊接，保证整体的密封性，适应堆内的水环境，保证内部绝缘体2干燥，高阻值特性不变，还可以避免堆芯内部液体对整个探测器的渗漏，保证绝缘层13的绝缘性能，从而保证探测器的正常工作电流。连接套筒7内部信号芯线10和发射体3采用钎焊焊接，补偿芯线11悬空，其他的空余部分均密实填充氧化铝粉末或氧化镁粉末，以适应堆内的高压环境。
例如，本实施例对自给能中子探测器的生产进行工艺流程的概述，大致可以如下：
步骤1、探头6部分由中子吸收截面大的直径为0.8mm，长度为150mm发射体3Rh丝(V，Co等)；内径2.5mm，外径3.5mm，长155mmIncone600的收集体1；内径0.8mm，外径2.5mm，长150mm氧化铝或氧化镁陶瓷管绝缘体2通过热装配方式构成。
步骤2、探头6的顶端采用内半径2.5mm，外半径3.5mmIncone600半球状壳体9封口，顶端中空部分氧化铝粉体或氧化镁粉体密实填充。
步骤3、钎焊焊接信号芯线10与发射体3，采用氧化铝粉体或氧化镁粉体密实填充连接套筒7中空部分。
步骤4、利用内径3.5mm，外径4.3mmIncone600连接套筒7变径收缩为内径2mm，外径2.8mm连接探头6的收集体1与传输线缆4的线缆外壳12。
步骤5、激光焊接探头6顶部封口接缝，连接套筒7与探头6接缝、连接套筒7与收集体1接缝以及连接套筒7与线缆外壳12接缝。
步骤6、传输线缆4由内径1.2mm，外径2mmIncone600线缆外壳12、内径0.3mm，外径1.2mm氧化铝粉体或氧化镁粉体构成的绝缘层13以及位于绝缘层13中的绞绕Incone600信号芯线10和补偿芯线11组成。
本实施例提供的一种自给能中子探测器，包括：探头6、连接套筒7和传输线缆4，连接套筒7连接探头6和传输线缆4为密闭整体结构，且探头6与传输线缆4相连接，探头6用于测量目标反应堆中中子通量信息，传输线缆4用于将中子通量信息传输至电子学系统，以使电子学系统根据中子通量信息确定中子通量的大小，采用本申请的技术方案，不仅使用寿命长，且结构简单的方式，较小的尺寸可以实现灵活的对中子通量的测量，同时可以抵抗反应堆内的高压，更便于使用和生产制造。
本发明能够对强度高的中子通量进行测量，并且测量的能谱范围大，量程宽。本发明的探测器整体的抗辐照性能强，寿命长，对中子通量的动态变化响应时间较短，利于反应堆的功率控制。本发明的探测器整体的尺寸小，可实现对堆芯中子通量分布影响很小的前提下进行测量，并且灵敏度受堆芯内温度的影响小。本发明采用的整体性激光焊保证了探测器的一体性，能够抵抗堆内高压，防止探测器绝缘层13渗水，降低绝缘性能，影响探测电流。同轴双芯传输电缆内采用信号芯线10和补偿芯线11绞绕方式，使两芯线所处物理环境相同，产生相同本底电流，利于后续差分消除本底电流影响。总之，本发明的技术方案简洁明了，可操作性强，流程简单，可实现此类探测器的量产化生产制造。
本实施例的自给能中子探测器，可以应用于热中子以及快中子的测量，量程比较大。同时具有较小的尺寸和较为简洁的几何外观结构，可适用于反应堆堆芯内部的测量，可以适用于堆芯内部高温高压的环境，并且其工作状态受温度影响较小，燃耗小，灵敏度下降较为缓慢，使用寿命可达3年，能够满足反应堆的监测需求。目前，采用本申请的自给能探测器已进行了实际测试，试验数据表明，探测器常温绝缘性好于1012Ω，350℃下高温绝缘性好于108Ω，焊接密封性好且机械强度高，可在堆内高温高压环境下长期稳定工作，中子灵敏度较大为10-20A/cm2·s量级，一致性偏差及线性度偏差小，约为1％～3％。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种自给能中子探测器，其特征在于，包括：探头、连接套筒和传输线缆；
所述连接套筒连接所述探头和所述传输线缆为密闭整体结构，且所述探头与所述传输线缆相连接；
所述探头用于测量目标反应堆中中子通量信息，所述传输线缆用于将所述中子通量信息传输至电子学系统，以使所述电子学系统根据所述中子通量信息确定中子通量的大小。
2.根据权利要求1所述的自给能中子探测器，其特征在于，所述探头包括收集体、绝缘体和发射体；
所述发射体嵌套于所述收集体内部，且所述发射体与所述传输线缆相连；
所述绝缘体填充于所述收集体和所述发射体之间，以使所述收集体和所述发射体之间无接触；
所述发射体吸收中子，所述中子激发所述发射体衰变产生β粒子，所述β粒子穿过所述绝缘体被所述收集体收集，所述发射体与所述收集体之间形成电势差，所述收集体与所述发射体构成回路，所述传输线缆将所述回路的电流信号传输至电子学系统，以使所述电子学系统根据所述中子通量信息确定中子通量的大小。
3.根据权利要求2所述的自给能中子探测器，其特征在于，所述探头还包括壳体；
所述壳体的结构与所述收集体的结构相匹配；
所述壳体用于封闭所述收集体远离所述传输线缆一端的端口，且在所述壳体与所述发射体之间填充氧化铝粉末或氧化镁粉末。
4.根据权利要求2所述的自给能中子探测器，其特征在于，所述绝缘体为氧化铝陶瓷管或氧化镁陶瓷管。
5.根据权利要求3所述的自给能中子探测器，其特征在于，所述传输线缆包括线缆外壳、绝缘层和绞绕双芯丝线；
所述线缆外壳与所述连接套筒机械连接，所述连接套筒以热配合方式连接所述收集体和所述线缆外壳，以构成密闭整体结构；
所述双芯丝线设置于所述线缆外壳内部，且双芯丝线与所述发射体相连；
所述双芯丝线与所述线缆外壳之间为所述绝缘层，所述绝缘层填充氧化铝粉末或氧化镁粉末。
6.根据权利要求5所述的自给能中子探测器，其特征在于，所述双芯丝线包括信号芯线和补偿芯线；
所述信号芯线与所述发射体相连，所述补偿芯线悬空，所述补偿芯线与所述信号芯线绞绕设置，且所述信号芯线与所述补偿芯线之间相互绝缘。
7.根据权利要求5所述的自给能中子探测器，其特征在于，所述连接套筒的一端与所述收集体的外径相同，所述连接套筒的另一端做变径收缩后与所述线缆外壳的外径相同。
8.根据权利要求5所述的自给能中子探测器，其特征在于，所述连接套筒与所述收集体的连接、所述线缆外壳的连接均采用激光焊接。
9.根据权利要求8所述的自给能中子探测器，其特征在于，所述连接套筒内部为中空结构，所述中空结构内填充氧化铝粉末或氧化镁粉末。
10.根据权利要求5所述的自给能中子探测器，其特征在于，所述收集体、所述外壳和所述线缆外壳均为Incone600材料。
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